FTTH - EPON

FTTH - EPON

Eterneto pasyvusis optinis tinklas (EPON) yra PON duomenų kaupiklis su eternetu ir gali pasiūlyti nuo 1 Gbps iki 10 Gbps spartą. EPON laikosi originalios PON architektūros. Čia DTE prijungtas prie medžio kamieno ir vadinamas optine linijos terminale (OLT), kaip parodyta toliau pateiktoje iliustracijoje.

Paprastai jis yra pas paslaugų teikėją, o prijungtos medžio DTE šakos vadinamos optinio tinklo vienetu (ONU), esančiu abonento patalpose. Signalai iš OLT praeina per pasyvų skirstytuvą, kad būtų pasiektas ONU ir atvirkščiai.

Eternetas per pirmąją mylią

Standartizacijos procesas prasidėjo, kai 2000 m. Lapkričio mėn. Buvo įsteigta nauja tyrimo grupė, pavadinta Ethernet per mylią (EFM), kurios pagrindiniai tikslai buvo Ethernet pluošto iš vieno taško į daugialypį (P2MP) pluošto tyrimai su vario Ethernet tyrimais. Eterneto per „point-to-point“ (P2P) pluoštą ir tinklo veikimo mechanizmą, administravimas ir priežiūra (OAM), kad būtų lengviau valdyti tinklą ir pašalinti triktis. EFM darbo grupė normalizavimo procesą baigia ratifikuodama IEEE Std 802.3ah 2004 m. Birželio mėn.

Produktas, pagamintas EFM (eternetas per pirmąją mylią). Ethernet pagrindu sukurta PON technologija. Jis pagrįstas pagrindiniu standartu - IEEE 802.3ah. Remiantis daugiataškio valdymo protokolu (MPCP), apibrėžtu kaip MAC valdymo papildomo sluoksnio funkcija, norint kontroliuoti prieigą prie P2MP topologijos.

EPON / MPCP protokolo pagrindas yra taško-taško (P2P) emuliacijos papildomas sluoksnis. Jo perdavimo greitis yra → simetriškas 1,25G; atstumas ： 10KM / 20KM; skirstytuvo santykis ：> 1:32. EFM pabrėžia daugelį EPON, paremtų eternetu, kaip pagrindinės technologijos, pranašumų, įskaitant protokolų brandą, paprastą technologiją, lankstumą ir orientuotą į vartotojus.

EPON sistema nepasirenka brangios bankomatų įrangos ir SONET įrangos, todėl ją suderina su esamu Ethernet tinklu. Tai supaprastina sistemos struktūrą, sumažina sąnaudas ir leidžia ją patobulinti. Įrangos pardavėjai daugiausia dėmesio skiria funkcijų ir praktiškumo optimizavimui.

BPON bankomatų sistemos

Įrodyta, kad BPON ATM pagrįstos sistemos yra labai neveiksmingos, nes didžiąją srauto dalį per prieigos tinklą sudaro dideli IP rėmeliai ir įvairaus dydžio. Tai sukūrė galimybę kurti gryną Ethernet pagrindu sukurtą EPON, „GigE“ slaptažodį naudojančius „QoS“ ir ekonomiškai efektyvią integraciją su kita kylančia „Ethernet“ įranga. Ethernet bėgant laikui pasirodė esąs idealus IP srauto pernešėjas.

Atitinkamai, IEEE 802.3ah standartas 802.3 nurodė „Ethernet in the First Mile“ darbo grupei parengti „point-to-point“ ir „point-to-multipoint“ prieigos tinklų standartus, pastaroji nurodant „Ethernet PON“. Šiuo metu EPON yra Ethernet standarto dalis.

Pasyvaus optinio tinklo (GPON), ty su Gigabitais aprūpinto standarto (G.984 serija), plėtra iš tikrųjų prasidėjo po FSAN narių (Quantum Bridge, Al) pasiūlymų dėl ATM / Ethernet PON sprendimo. „Gbps“, nepriklausantis nuo protokolo, nebuvo labai populiarus IEEE 802.3ah darbo grupėje. FSAN nusprendė tai įgyvendinti kaip kitokį konkuruojantį standartą su ITU.

EPON ir GPON labai skiriasi nuo G.983, BPON standarto, kai kalbama apie gerai veikiančias bendrąsias koncepcijas (veikiantis PON optinis paskirstymo tinklas (ODN), bangos ilgio planas ir taikymas). Jie abu siūlo savo patobulinimų versiją, kad būtų galima pritaikyti geresnio dydžio IP / Ethernet kadrus kintamos spartos Gbps.

„IEEE 802.3ah Ethernet“ standartas apibrėžė prieigos tinklą, kuris taip pat žinomas kaip „Ethernet“ pirmojoje mylių dalyje. IEEE802.3ah penktoji dalis sudaro IEEE Std 802.3, kuris atitinka paslaugų ir protokolo elementų apibrėžimą. Tai leidžia keistis IEEE 802.3 formato kadrais tarp abonentų prieigos tinklo stočių.

EPON koncepcija

EFM pristatė EPON sąvoką, kurioje „point-to-multipoint“ (P2MP) tinklo topologija įgyvendinama pasyviais optiniais dalikliais. Tačiau „Ethernet“ taškas-taškas pluoštas siūlo didžiausią pralaidumą už priimtiną kainą. Eterneto „nuo vieno taško iki kelių taškų“ pluoštas suteikia santykinai didelį pralaidumą mažesnėmis sąnaudomis. „IEEE Std 802.3ah“ tikslas buvo išplėsti „Ethernet“ taikymą įtraukiant prieigos abonentų tinklus, kad būtų galima žymiai padidinti našumą, sumažinant eksploatacijos ir priežiūros įrangos sąnaudas.

IEEE 802.3ah EFM standarto išvada žymiai išplečia Ethernet perdavimo diapazoną ir pasiekiamumą prieigos ir metro tinkluose. Šis standartas paslaugų teikėjams suteikia galimybę pasirinkti įvairius lanksčius ir ekonomiškus plačiajuosčio Ethernet paslaugų teikimo prieigos ir metro tinkluose sprendimus.

EFM apima daugybę technologijų, kurios skiriasi laikmenų tipu ir signalo perdavimo greičiu - jis skirtas diegti tokio tipo ar kelių (-ių) FSM laikmenų tinkluose, taip pat sąveikauti su mišriu 10/100/1000/10000 Mb / s Ethernet tinklai. Bet kurią tinklo topologiją, apibrėžtą IEEE 802.3, galima naudoti abonento patalpose ir tada prijungti prie eterneto abonento prieigos tinklo. EFM technologija leidžia įvairių tipų topologijoms pasiekti maksimalų lankstumą.

„IEEE Std 802.3ah“

„IEEE Std 802.3ah“ apima abonento prieigos prie Ethernet tinklų specifikacijas, o „IEEE Std 802.3ah“ - EPON palaiko maždaug 1 Gb / s nominalią spartą (išplečiama iki 10 Gb / s) kiekvienam kanalui. Juos apibūdina du bangos ilgiai: bangos ilgis pasroviui ir vienas - bendrai aukščiau esančiai vartotojų įrenginių krypčiai.

EFM palaiko visiško dvipusio ryšio nuorodas, kad būtų galima apibrėžti visiško dvipusio supaprastinto laikmenų prieigos valdymą (MAC). Eterneto architektūra padalija fizinį sluoksnį į priklausomą nuo fizinio terpės (PMD), fizinio terpės priedą (PMA) ir fizinio kodavimo paklotą (PCS).

Kad palaikytų šią topologiją, EPON įgyvendina P2MP tinklo topologiją su atitinkamais pagrindo sluoksnių ir derinimo MAC valdymo pratęsimais ir optiniu pluoštu, priklausančiu nuo sluoksnių, priklausančių nuo fizinės terpės (PMD).

Fizinis sluoksnis

P2MP topologijoms EFM pristatė fizinio sluoksnio signalizacijos sistemų, gautų iš 1000BASE-X, šeimą. Tačiau tai apima RS, PCS ir PMA plėtinius su pasirenkamąja priekinių klaidų taisymo (FEC) talpa. „1000BASE-X PCS“ ir „PMA“ sluoksniai apibūdina sąsajos charakteristikas. PMD paklotas (įskaitant MDI) - paslaugos, kurių tikimasi po dengiamojo sluoksnio suderinimo. „1000BASE-X“ galima išplėsti, kad būtų palaikomos visos visiškai dvipusės laikmenos - reikia tik to, kad aplinka atitiktų PMD lygį.

Vidutinės apkrovos sąsaja (MDI)

Tai sąsaja tarp PMD ir fizinės laikmenos. Jis apibūdina signalus, fizines laikmenas ir mechanines bei elektrines sąsajas.

Fiziškai vidutiniškai priklausoma (PMD)

PMD yra atsakingas už sąsają su perdavimo terpe. PMD generuoja elektrinius arba optinius signalus, priklausomai nuo prijungtos fizinės terpės pobūdžio. „1000BASE-X“ jungtys per PON bent 10 ir 20 kilometrų atstumu (1000BASE-PX10 ir 1000BASE-PX20 PMD dangos) suteikia P2MP.

PON eternete D ir U priesagos nurodo PMD kiekviename jungties gale, kuris perduoda šiomis kryptimis ir priima priešinga kryptimi, ty vienas paskesnis PMD identifikuojamas kaip 1000BASE-PX10-D ir prieš srovę 1000BASE-PX10 U PMD. Tie patys pluoštai yra naudojami vienu metu abiem kryptimis.

„1000BASE-PX-U PMD“ arba „1000BASE-PX-D PMD“ yra prijungti prie atitinkamo „PMA 1000BASE-X“ ir palaikyti per MDI. PMD yra pasirinktinai derinamas su valdymo funkcijomis, kurias galima pasiekti naudojant valdymo sąsają. Kad būtų galima patobulinti galimybes 10 km ar 20 km atstumu, „1000BASE-PX20-D“ „1000BASE-PX10 PMD“ ir „PMDU“ yra suderinami vienas su kitu.

Vidutinis fizinis priedas (PMA)

PMA apima perdavimo, priėmimo, laikrodžio atkūrimo ir suderinimo funkcijas. PMA yra nepriklausomas PCS būdas palaikyti įvairių bitų orientuotų fizinių laikmenų serijų naudojimą. Fizinio kodavimo (PCS) sluoksnį sudaro kodifikavimo bitų funkcijos. PCS sąsaja yra nuo Gigabito medijos nepriklausoma sąsaja (GMII), kuri suteikia vienodą sąsają su suderinimo posluoksniu visoms 1000 Mb / s PHY realizacijoms.

Gigabito žiniasklaidos nepriklausoma sąsaja (GMII)

Sąsaja GMII nurodo sąsają tarp Gigabito MAC sluoksnio ir fizinio sluoksnio. Tai leidžia daugybę DTE sumaišyti su įvairiomis realizacijos galimybėmis iš greičio gigabito fizinio sluoksnio. PCS aptarnavimo sąsaja leidžia 1000BASE-X PCS perduoti informaciją PCS klientui ir iš jo. PCS klientai yra MAC (per derinimo sluoksnį) ir kartotuvas. PCS sąsaja tiksliai apibrėžta kaip „Gigabit Media Independent“ sąsaja (GMII).

Susitaikymo papildomas sluoksnis (RS) užtikrina GMII signalų, apibrėžiančių paslaugų prieigos valdymo terpę, atitikimą. GMII ir RS naudojami nepriklausomoms laikmenoms tiekti, kad prieigos valdiklio tapačią laikmeną būtų galima naudoti su bet kokio tipo variu ir optiniu PHY.

Duomenų jungties sluoksnis (daugiataškis MAC valdymas)

Buvo nurodytas MAC valdymo protokolas, kuris palaiko ir naujas funkcijas, kurios turi būti įdiegtos ir pridedamos prie standarto tuo pačiu metu. Tai yra daugiataškio valdymo protokolas (MPCP). Valdymo protokolas P2MP yra viena iš funkcijų, apibrėžtų daugiataškio valdymo protokolu.

Daugiataškė MAC valdymo funkcija yra įgyvendinama abonento prieigos įrenginiams, kuriuose yra fizinio sluoksnio įrenginiai, nukreipti į daugiataškį. Paprastai MAC emuliacijos jurisdikcijos teikia „point-to-point“ paslaugą tarp OLT ir ONU, tačiau dabar prie visų ONU vienu metu komunikacijos tikslo pridedamas papildomas egzempliorius.

MPCP (kelių taškų valdymo protokolas)

MPCP yra labai lanksti, lengvai įgyvendinama. MPCP naudoja penkių tipų pranešimus (kiekvienas pranešimas yra MAC valdymo rėmelis), o ONU / ONT praneša apie kelias paketų ribas, OLT suteikia paketų ribas - nereikia apibrėžti viršutinės dalies.

MPCP nurodo sistemą tarp OLT ir ONU, susietą su PON dalimi „nuo vieno taško iki kelių taškų“ (P2MP), kad būtų galima produktyviai perduoti informaciją „UPSTREAM“ antraštėje.

MPCP atlieka šias funkcijas -

• MPCP kontroliuoja automatinio aptikimo procesą.

• Laiko tarpsnio / pralaidumo priskyrimas ONT.

• Laiko nuoroda pateikta ONT sinchronizuoti.

MPCP pristatė penkis naujus MAC valdymo pranešimus -

• Vartai, ataskaita

• Užregistruota REQ

• Registruotis

• Registruota ACK

• Automatinis atradimas

Pranešimų atradimų sekos suvestinė

Tolesnėje iliustracijoje pavaizduota pranešimų radimo sekos santrauka.

DBA EPON

EPON komunikacija tarp OLT ir ONY yra laikoma pasroviui, OLT transliuoja paskesnius duomenis ONT, naudodama visą pralaidumą, o kitame gale ONT gauna žinutes, naudodama informaciją, esančią Ethernet rėmuose. Prieš ONT į OLT naudojamas vieno kanalo ryšys, tai reiškia, kad vieną kanalą naudos keli ONT, tai reiškia duomenų susidūrimą.

Norint išvengti šios problemos, reikalinga efektyvi pralaidumo paskirstymo schema, pagal kurią ištekliai vienodai paskirstomi ONT, tuo pačiu užtikrinant QoS, ši schema yra žinoma kaip dinaminio pralaidumo paskirstymo (DBA) algoritmas. DBA naudoja ataskaitų ir vartų pranešimus, kad sudarytų perdavimo tvarkaraštį, kuris bus perduotas ONT.

DBA charakteristikos

Svarbus EPON bruožas yra teikti skirtingas paslaugas su optimaliu QoS ir efektyviu pralaidumo paskirstymu naudojant skirtingą DBA paskirstymą, kad būtų patenkintos dabartinių ir būsimų programų poreikis.

Šiuo metu pateikiami du skirtingi EPBA galimi DBA algoritmų tipai -

• Pirmasis yra skirtas pritaikyti eismo svyravimus.

• Antrasis - suteikti QoS įvairių tipų srautams.

Kitos savybės yra kadrų susidūrimų vengimas, realaus laiko srauto valdymas naudojant „QoS“ ir kiekvieno abonento pralaidumo valdymas, taip pat mažinant mažo prioriteto srauto vėlavimą.

EPON rėmelio formatas

EPON operacija pagrįsta Ethernet MAC, o EPON rėmeliai yra pagrįsti GbE kadrais, tačiau reikalingi plėtiniai -

• 64 straipsnis. Daugiataškio valdymo protokolo PDU. Tai yra kontrolės protokolas, įgyvendinantis reikiamą logiką.

• 65 straipsnis. Emuliacija iš vieno taško į kitą (suderinimas). Dėl to EPON atrodo kaip tiesioginis ryšys, o EPON MAC turi keletą specialių apribojimų.

• Vietoj CSMA / CD jie perduodami, kai jiems suteikiama teisė.

• Laikas per MAC krūvą turi būti pastovus (trukmė ± 16 bitų).

• Turi būti išlaikytas tikslus vietos laikas.

EPON antraštė

Standartinis „Ethernet“ prasideda iš esmės neturinčia 8B preambulės -

• 7B kintamųjų ir nulių 10101010

• SFD 10101011 1B

Norėdami paslėpti naują PON antraštę, EPON perrašo kai kuriuos preambulės baitus.

LLID lauke yra šie veiksniai -

REŽIMAS (1b) -

• Visada 0 ONU

• 0 - OLT unicast, 1 - OLT multicast / transliacija

Faktinis loginio saito ID (15b) -

• Identifikuoja registruotus ONU

• 7FFF transliacijai

CRC apsaugo nuo SLD (3 baitas) per LLID (7 baitas).

Saugumas

Pasrovio srautas perduodamas visiems ONU, todėl kenksmingam vartotojui tampa lengva perprogramuoti ONU ir užfiksuoti norimus kadrus.

Ankstesnis srautas nebuvo paveiktas kitų ONU, todėl šifruoti nereikia. Negalvokite apie pluošto rinkiklius, nes EPON nepateikia jokio standartinio šifravimo metodo, tačiau -

• Gali papildyti IPsec ar MACsec ir

• Daugelis pardavėjų įtraukė patentuotus AES pagrįstus mechanizmus.

BPON naudojo mechanizmą, vadinamą churning - churning buvo nebrangus aparatūros sprendimas (raktas 24b) su keliomis saugumo spragomis, tokiomis kaip -

• Variklis buvo tiesinis - paprasta žinomo teksto ataka.

• Paaiškėjo, kad „24b“ klavišas gali būti išvedamas atlikus 512 bandymų.

Todėl G.983.3 pridėjo AES palaikymą, kuris dabar naudojamas GPON.

„QoS“ - EPON

Daugeliui PON programų reikalingas aukštas QoS (pvz., IPTV), o EPON palieka QoS aukštesniems sluoksniams, pvz., -

• VLAN žymės.

• P bitai arba DiffServ DSCP.

Be šių, yra esminis skirtumas tarp LLID ir Port-ID -

• Vienam ONU visada yra 1 LLID.

• Viename įvesties prievade yra 1 prievado ID - vieno ONU gali būti daug.

• Tai daro prievado pagrindu sukurtą „QoS“ lengvai įgyvendinamą PON sluoksnyje.

EPON vs GPON

Ši lentelė iliustruoja palyginamąsias EPON ir GPON savybes -

Šis paveikslėlis parodo skirtingas EPON ir GPON struktūras -